Prednosti frakcijske destilacije

Destilacija je metoda za ločevanje komponent iz tekoče zmesi z izkoriščanjem njihovih razlik vrelišča. Gre za ločevanje tekočega plina in vključuje uparjanje in nadaljnjo kondenzacijo vsake tekočine. Frakcijska destilacija ima nekaj prednosti pred preprosto destilacijo.

Pogoste vrste destilacije so preprosta destilacija, frakcijska destilacija, vakuumska destilacija in destilacija s paro. Razlikujejo se predvsem po postavitvi aparata in njihovi uporabi.

Frakcijska destilacija je zaradi velikega števila teoretičnih plošč učinkovitejša od preproste destilacije pri ločevanju. To je pomemben proces v kemiji, industriji in živilski znanosti. Uporaba frakcijske destilacije vključuje procese, kot so razsoljevanje, rafiniranje surove nafte in kemično čiščenje.

Preprosta destilacija je učinkovita samo za tekočine, katerih vrelišča se razlikujejo za več kot 30 ° C. Nasprotno, frakcijska destilacija je primerna za zahtevnejša ločevanja, kjer je razlika vrelišč manjša od 30 ° C.

Da bi razumeli, kako deluje frakcijska destilacija, moramo vedeti Raoultov zakon, ki navaja, da je parni tlak raztopine odvisen od parnega tlaka vsake komponente in molskega deleža komponente v raztopini. Medtem ko tlak ohranjamo konstanten, lahko ustvarimo a diagram temperature-sestave.

•••Spremenjeno iz Laboratorijske tehnike v organski kemiji (četrta izdaja, 2014): strani 173-206

Za mešanico pentana in heksana pri enem atmosferskem tlaku je začetna tekoča zmes (L₁) heksana (bp = 69 ° C) in pentana (bp = 36 ° C) vre pri 48 ° C, da nastane para V₁, ki se kondenzira in tvori L₂. Po prvem ciklu uparjanja-kondenzacije se je odstotek pentana povečal s 48 na 73 odstotkov.

L₂ nato izhlapi v V₂, kar ima za posledico nadaljnjo obogatitev s pentanom. L₅, ki je tekočina, pridobljena po štirih ciklih, je skoraj čisti pentan. Vsak cikel uparjevanja in kondenzacije, imenovan tudi teoretična plošča, daje čistejšo raztopino bolj hlapne komponente.

V frakcijski destilacijski napravi je frakcionarna kolona običajno nameščena med destilacijsko bučko in glavo, da se poveča ločevanje tekočin od mešanice. Ti stebri imajo večjo površino, na kateri lahko nastanejo ravnovesja tekočina-para bolj teoretične plošče. Primeri frakcionarnih stebrov so stolpci Vigreux in steklene kroglice, ki imajo šest do osem teoretičnih plošč.

Pri preprosti destilaciji se ne uporablja frakcionarna kolona in para iz destilacijske bučke gre naravnost v kondenzat. Ima samo eno ali dve teoretični plošči, zato ne bi bila učinkovita za ločevanje zmesi, kot je L₁, ki za čiščenje zahteva več kot štiri cikle uparjevanja in kondenzacije.

Frakcijska destilacija se uporablja v rafinerije nafte ločiti surovo nafto v ogljikovodike z različnim številom ogljikovih atomov, vrelišči in uporabo. Nekateri izolirani izdelki vključujejo bencin, dizelsko gorivo, olja in voske. Ta metoda se uporablja tudi v kemičnih obratih, obratih za predelavo zemeljskega plina in kriogenih ločevalnih napravah.

Delna destilacija je tudi a pogosta tehnika v laboratorijih organske kemije. Na primer, ciklopentadien se običajno prodaja kot diciklopentadien, ker se ciklopentadien lahko spontano dimerizira in tvori diciklopentadien. Frakcijska destilacija se pogosto uporablja za vrnitev diciklopentadiena nazaj v ciklopentadien.

Frakcijska destilacija sama po sebi ni škodljiva za okolje. Dejansko destilacija pretvori surovo nafto, sicer neuporabno, v bolj dragocene izdelke. Vendar pa so rafinerije nafte, kjer se izvaja frakcijska destilacija surove nafte, lahko vir onesnaženja, če stranski proizvodi niso pravilno obdelani v skladu s predpisi.

Rafinerije so glavni vir onesnaževal zraka, kot so delci, dušikovi oksidi in ogljikov monoksid. Odpadne vode iz rafinerij povzročajo tudi onesnaževanje vode in tal, saj se naselijo v vodonosnikih, tleh in podtalnici.